PWM電路-PWM逆變電路及其控制方法（電力電子技術(shù)課件）

電力電子技術(shù)PWM的分段同步調(diào)制

結(jié)合7.2.4PWM的的分段同步調(diào)制分段同步調(diào)制異步調(diào)制同步調(diào)制為有效克服上述同步、異步調(diào)制存在的缺點(diǎn)，將異步和同步兩種調(diào)制方法結(jié)合起來，使在整個(gè)頻率范圍內(nèi)是異步的，但在一定頻段內(nèi)又是同步的，這就是分段同步調(diào)制。分段同步調(diào)制是把逆變電路的輸出頻率范圍劃分成若干個(gè)頻段，不同頻段采用不同的載波比，每個(gè)頻段內(nèi)保持載波比K為恒值。分段同步調(diào)制結(jié)合分段同步調(diào)制異步調(diào)制同步調(diào)制在輸出頻率高的頻段采用較低的載波比，以使載波頻率不致過高，并限制在功率開關(guān)器件允許的范圍內(nèi)。在輸出頻率低的頻段采用較高的載波比，以使載波頻率不致過低而對(duì)負(fù)載產(chǎn)生不利影響。在三相PWM逆變電路中，為保證輸出三相電壓嚴(yán)格對(duì)稱，通常采用三個(gè)相位互差120o

的正弦調(diào)制波并共用一個(gè)三角形載波，各頻段的載波比取3的整數(shù)倍。同時(shí)還應(yīng)使載波比為奇數(shù)，以保證每一相的PWM波正負(fù)半周鏡對(duì)稱。分段同步調(diào)制是把逆變電路的輸出頻率范圍劃分成若干個(gè)頻段，不同頻段采用不同的載波比，每個(gè)頻段內(nèi)保持載波比K為恒值。7.2.4PWM的的分段同步調(diào)制電力電子技術(shù)PWM的異步調(diào)制和同步調(diào)制

7.2.4PWM的異步調(diào)制和同步調(diào)制PWM調(diào)制方式分類（根據(jù)載波比是否為常數(shù),及載波和調(diào)制信號(hào)波是否同步變化等情況）異步調(diào)制同步調(diào)制通常保持fc固定不變，當(dāng)fr變化時(shí)，載波比K是變化的在信號(hào)波的半周期內(nèi)，PWM波的脈沖個(gè)數(shù)不固定，相位也不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱，半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖也不對(duì)稱當(dāng)fr較低時(shí)，K較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對(duì)稱產(chǎn)生的不利影響都較小當(dāng)fr增高時(shí)，K減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，PWM脈沖不對(duì)稱的影響就變大載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不同步的調(diào)制方式7.2.4PWM的異步調(diào)制和同步調(diào)制PWM調(diào)制方式分類（根據(jù)載波比是否為常數(shù),及載波和調(diào)制信號(hào)波是否同步變化等情況）異步調(diào)制同步調(diào)制基本同步調(diào)制方式，fr變化時(shí)載波比K不變，信號(hào)波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定。三相電路中公用一個(gè)三角波載波，且取K為3的整數(shù)倍，使三相輸出對(duì)稱。為使一相的PWM波正負(fù)半周鏡對(duì)稱，K應(yīng)取奇數(shù)。fr很低時(shí)，fc也很低，由調(diào)制帶來的諧波不易濾除。fr很高時(shí)，fc會(huì)過高，使開關(guān)器件難以承受。載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不同步的調(diào)制方式。載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)保持同步的調(diào)制方式，當(dāng)變頻時(shí)使載波與信號(hào)波保持同步，即K等于常數(shù)。圖

同步調(diào)制三相PWM波形電力電子技術(shù)單相橋式PWM逆變電路

7.2.2單相橋式PWM逆變電路圖單相橋式PWM逆變電路工作時(shí)V1和V2通斷互補(bǔ)，V3和V4通斷也互補(bǔ)。以u(píng)o正半周為例，V1通，V2斷，V3和V4交替通斷。負(fù)載電流比電壓滯后，在電壓正半周，電流有一段區(qū)間為正，一段區(qū)間為負(fù)。負(fù)載電流為正的區(qū)間，V1和V4導(dǎo)通時(shí)，uo等于Ud。結(jié)合IGBT單相橋式電壓型逆變電路對(duì)調(diào)制法說明調(diào)制法的應(yīng)用工作原理圖單極性SPWM控制方式的電路及波形7.2.2單相橋式PWM逆變電路圖

單相橋式PWM逆變電路V4關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流通過V1和VD3續(xù)流，uo=0負(fù)載電流為負(fù)的區(qū)間，V1和V4仍導(dǎo)通，io為負(fù)，實(shí)際上io從VD1和VD4流過，仍有uo=Ud。V4關(guān)斷V3開通后，io從V3和VD1續(xù)流，uo=0。uo總可得到Ud和零兩種電平。uo負(fù)半周，讓V2保持通，V1保持?jǐn)?，V3和V4交替通斷，uo可得-Ud和零兩種電平。圖單極性SPWM控制方式的電路及波形電力電子技術(shù)雙極性PWM控制方式

7.2.3雙極性PWM控制方式圖單相橋式PWM逆變電路工作原理2雙極性PWM控制方式圖

雙極性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud和單極性SPWM控制方式相對(duì)應(yīng)的是雙極性控制方式。其控制和輸出波形如圖所示。其中ur為正弦調(diào)制波，uc為三角形載波。但uc的波形與單極性時(shí)有明顯的不同，在ur的半個(gè)周期內(nèi)，三角波載波不再是單極性的，而是有正有負(fù)的雙極性三角波。圖單相橋式PWM逆變電路工作原理雙極性PWM控制方式雙極性調(diào)制方式在ur的正、負(fù)半周控制規(guī)律相同。當(dāng)ur＞uc時(shí)，同時(shí)給V1

和V4

導(dǎo)通信號(hào)，給V2

和V3

關(guān)斷信號(hào)，此時(shí)若io>0，則V1

和V4

導(dǎo)通，若io<0，則VDl

和VD4

導(dǎo)通，兩種情況下輸出電壓均為+Ud；當(dāng)ur＜uc

時(shí)，給V2

和V3

導(dǎo)通信號(hào)，給Vl和V4

關(guān)斷信號(hào)，若此時(shí)io<0，則V2

和V3

導(dǎo)通，若io>0，則VD2

和VD3

導(dǎo)通，兩種情況下輸出電壓uo

均為-Ud?？梢姡趗r的一個(gè)周期內(nèi)，輸出的PWM波只有±Ud

兩種電平，而不再出現(xiàn)單極性控制時(shí)的零電平狀態(tài)。主電路的輸出電壓uo

波形如圖所示，其幅值只有+Ud、-Ud

兩種。Uof為輸出的基波波形，形狀與正弦調(diào)制波相同。圖

雙極性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud7.2.3雙極性PWM控制方式圖

雙極性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud圖

單極性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud

對(duì)照上述兩圖可以看出，單相橋式電路既可采取單極性調(diào)制，也可采用雙極性調(diào)制，由于對(duì)開關(guān)器件通斷控制的規(guī)律不同，它們的輸出波形也有較大的差別。7.2.3雙極性PWM控制方式電力電子技術(shù)單極性PWM控制方式

7.2.2單極性PWM控制方式圖單相橋式PWM逆變電路工作原理1單極性PWM控制方式調(diào)制信號(hào)Ur為正弦波，載波Uc

在Ur的正半周為正極性的三角波，在Ur的負(fù)半周為負(fù)極性的三角波。在Ur和Uc的交點(diǎn)時(shí)刻控制IGBT的通斷。圖

單極性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud圖單相橋式PWM逆變電路工作原理單極性PWM控制方式在Ur的正半周，V1保持通態(tài)，V2保持?jǐn)鄳B(tài)，當(dāng)Ur>Uc時(shí)使V4導(dǎo)通，V3關(guān)斷，uo=Ud;

當(dāng)Ur<Uc時(shí)使V4關(guān)斷，V3導(dǎo)通，uo=0。在Ur的負(fù)半周，V1保持?jǐn)鄳B(tài)，V2保持通態(tài)，

當(dāng)Ur<Uc時(shí)使V3導(dǎo)通，V4關(guān)斷，uo=-Ud;當(dāng)Ur>Uc時(shí)使V3關(guān)斷，V4導(dǎo)通，uo=O。這樣，就得到了SPWM波形uo。圖中的虛線Uof表示uo中的基波分量。像這種在Ur的半個(gè)周期內(nèi)三角波載波只在正極性或負(fù)極性一種極性范圍內(nèi)變化，所得到的PWM波形也只在單個(gè)極性范圍變化的控制方式稱為單極性PWM控制方式。圖

單極性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud7.2.2單極性PWM控制方式電力電子技術(shù)PWM波的獲取方法

如果給出了逆變電路的正弦波輸出頻率、幅值和半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)，PWM波形中各脈沖的寬度和間隔就可以準(zhǔn)確計(jì)算出來。按照計(jì)算結(jié)果控制逆變電路中各開關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的PWM波形。這種方法稱之為計(jì)算法。計(jì)算法是很繁瑣的，當(dāng)需要輸出的正弦波的頻率、幅值或相位變化時(shí)，結(jié)果都要變化。計(jì)算法7.2.1PWM波的獲取方法PWM波的獲取方法通常有兩種：計(jì)算法、調(diào)制法OwtUd-Ud圖PWM波與計(jì)算法相對(duì)應(yīng)的是調(diào)制法，即把希望輸出的波形作為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波，通過信號(hào)波的調(diào)制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角波或鋸齒波作為載波，其中等腰三角波應(yīng)用最多。因?yàn)榈妊遣ㄉ先我稽c(diǎn)的水平寬度和高度成線性關(guān)系且左右對(duì)稱，當(dāng)它與任何一個(gè)平緩變化的調(diào)制信號(hào)波相交時(shí)．如果在交點(diǎn)時(shí)刻對(duì)電路中開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，就可以得到寬度正比于信號(hào)波幅值的脈沖，這正好符合PWM控制的要求。在調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí)，所得到的就是SPWM波形，這種情況應(yīng)用最廣。當(dāng)調(diào)制信號(hào)不是正弦波，而是其他所需要的波形時(shí)，也能得到與之等效的PWM波。調(diào)制法7.2.1PWM波的獲取方法圖三角波調(diào)制的PWM波原理圖電力電子技術(shù)PWM主要參數(shù)

7.2.3PWM主要參數(shù)PWM的主要參數(shù)為：調(diào)制比M和載波比K如果設(shè)正弦調(diào)制波電壓的幅值為Urm，三角形載波電壓的幅值為Ucm，則調(diào)制比M為在圖(a)中的0～π區(qū)間，三角形載波uc幅值不變，正弦調(diào)制波ur幅值增大時(shí)，即改變M，輸出電壓uo的脈沖寬度將相應(yīng)變寬，即等效輸出基波Uo1幅值增大。當(dāng)正弦調(diào)制波ur幅值減小時(shí)，輸出電壓uo的脈沖寬度相應(yīng)減小，即等效輸出基波電壓uo1幅值減小，所以改變調(diào)制比M可以改變輸出電壓基波的幅值。同理，改變正弦調(diào)制波的頻率，可以改變輸出電壓uo的基波頻率。調(diào)制比M

圖

雙極性SPWM波形7.2.3PWM主要參數(shù)PWM的主要參數(shù)為：調(diào)制比M和載波比K設(shè)正弦調(diào)制波的頻率為fr，三角波的頻率為fc，則載波比為載波比K將決定每個(gè)調(diào)制波周期中，輸出SPWM脈沖的個(gè)數(shù)。如圖所示波形中，fc／fr=14，每半個(gè)調(diào)制波周期輸出7個(gè)SPWM脈沖。而且K值越高，SPWM脈沖個(gè)數(shù)越多，越接近理想正弦波。載波比K

圖

單極性SPWM波形電力電子技術(shù)PWM逆變電路計(jì)算法與調(diào)制法

如果給出了逆變電路的正弦波輸出頻率、幅值和半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)，PWM波形中各脈沖的寬度和間隔就可以準(zhǔn)確計(jì)算出來。按照計(jì)算結(jié)果控制逆變電路中各開關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的PWM波形。這種方法稱之為計(jì)算法。計(jì)算法是很繁瑣的，當(dāng)需要輸出的正弦波的頻率、幅值或相位變化時(shí)，結(jié)果都要變化。計(jì)算法一PWM逆變電路計(jì)算法與調(diào)制法一PWM逆變電路計(jì)算法與調(diào)制法與計(jì)算法相對(duì)應(yīng)的是調(diào)制法，即把希望輸出的波形作為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波，通過信號(hào)波的調(diào)制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角波或鋸齒波作為載波，其中等腰三角波應(yīng)用最多。因?yàn)榈妊遣ㄉ先我稽c(diǎn)的水平寬度和高度成線性關(guān)系且左右對(duì)稱，當(dāng)它與任何一個(gè)平緩變化的調(diào)制信號(hào)波相交時(shí)．如果在交點(diǎn)時(shí)刻對(duì)電路中開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，就可以得到寬度正比于信號(hào)波幅值的脈沖，這正好符合PWM控制的要求。在調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí)，所得到的就是SPWM波形，這種情況應(yīng)用最廣。當(dāng)調(diào)制信號(hào)不是正弦波，而是其他所需要的波形時(shí)，也能得到與之等效的PWM波。調(diào)制法二

單相橋式PWM逆變電路工作原理圖單相橋式PWM逆變電路工作時(shí)V1和V2通斷互補(bǔ)，V3和V4通斷也互補(bǔ)。以u(píng)o正半周為例，V1通，V2斷，V3和V4交替通斷。負(fù)載電流比電壓滯后，在電壓正半周，電流有一段區(qū)間為正，一段區(qū)間為負(fù)。負(fù)載電流為正的區(qū)間，V1和V4導(dǎo)通時(shí)，uo等于Ud。結(jié)合IGBT單相橋式電壓型逆變電路對(duì)調(diào)制法進(jìn)行說明調(diào)制法的應(yīng)用工作原理圖

單相橋式PWM逆變電路V4關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流通過V1和VD3續(xù)流，uo=0負(fù)載電流為負(fù)的區(qū)間，V1和V4仍導(dǎo)通，io為負(fù)，實(shí)際上io從VD1和VD4流過，仍有uo=Ud。V4關(guān)斷V3開通后，io從V3和VD1續(xù)流，uo=0。uo總可得到Ud和零兩種電平。uo負(fù)半周，讓V2保持通，V1保持?jǐn)啵琕3和V4交替通斷，uo可得-Ud和零兩種電平。二

單相橋式PWM逆變電路工作原理圖單相橋式PWM逆變電路工作原理1單極性PWM控制方式調(diào)制信號(hào)Ur為正弦波，載波Uc

在Ur的正半周為正極性的三角波，在Ur的負(fù)半周為負(fù)極性的三角波。在Ur和Uc的交點(diǎn)時(shí)刻控制IGBT的通斷。圖

單極性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud二

單相橋式PWM逆變電路工作原理圖單相橋式PWM逆變電路工作原理單極性PWM控制方式在Ur的正半周，V1保持通態(tài)，V2保持?jǐn)鄳B(tài)，當(dāng)Ur>Uc時(shí)使V4導(dǎo)通，V3關(guān)斷，uo=Ud;

當(dāng)Ur<Uc時(shí)使V4關(guān)斷，V3導(dǎo)通，uo=0。在Ur的負(fù)半周，V1保持?jǐn)鄳B(tài)，V2保持通態(tài)，

當(dāng)Ur<Uc時(shí)使V3導(dǎo)通，V4關(guān)斷，uo=-Ud;當(dāng)Ur>Uc時(shí)使V3關(guān)斷，V4導(dǎo)通，uo=O。這樣，就得到了SPWM波形uo。圖中的虛線Uof表示uo中的基波分量。像這種在Ur的半個(gè)周期內(nèi)三角波載波只在正極性或負(fù)極性一種極性范圍內(nèi)變化，所得到的PWM波形也只在單個(gè)極性范圍變化的控制方式稱為單極性PWM控制方式。圖

單極性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud二

單相橋式PWM逆變電路工作原理圖單相橋式PWM逆變電路工作原理2雙極性PWM控制方式圖

雙極性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud和單極性SPWM控制方式相對(duì)應(yīng)的是雙極性控制方式。其控制和輸出波形如圖所示。其中ur為正弦調(diào)制波，uc為三角形載波。但uc的波形與單極性時(shí)有明顯的不同，在ur的半個(gè)周期內(nèi)，三角波載波不再是單極性的，而是有正有負(fù)的雙極性三角波。二

單相橋式PWM逆變電路工作原理圖單相橋式PWM逆變電路工作原理雙極性PWM控制方式雙極性調(diào)制方式在ur的正、負(fù)半周控制規(guī)律相同。當(dāng)u